Boden und Sediment Prozesse

Long term experiment Bab Lauchstädt Dauerfeldversuch in Bad Lauchstädt.
Copyright André Künzelmann/ UFZ
Stoffumsetzungen in Böden und Sedimenten sind essentiell für die biogeochemischen Stoffkreisläufe, den Schadstoffabbau und die Festlegung von Kohlenstoff oder Stickstoff in der organischen Substanz des Bodens bzw. des Sediments. Die meisten dieser Prozesse werden durch Mikroorganismen katalysiert. Damit wir das natürliche Potential für diese Prozesse und damit die zentralen Boden- bzw. Sedimentfunktionen erhalten und nutzen können, müssen wir diese Prozesse im Detail kennen und beeinflussen können.
Viele Prozesse, die zur Bildung der organischen Bodensubstanz oder auch zur Bildung der gelösten organischen Substanz in Sedimenten und Gewässern führen, sind nur unvollständig verstanden. Trotz vieler Erkenntnisse wissen wir bisher wenig darüber, weil die Analyse der Transformation einzelner Substanzen im komplexen System Boden außerordentlich schwierig ist. Es zeichnet sich allerdings ab, dass abgestorbene mikrobielle Biomasse (Nekromasse) einen wesentlich höheren Beitrag zur organischen Bodensubstanz liefert als bisher angenommen. Dies hat Konsequenzen für das Verständnis des Systems Boden und die Landnutzung, vor allem dann, wenn wir Böden und Sedimente dauerhaft als Kohlenstoffsenke nutzen wollen, um die Folgen der Klimaveränderung zu minimieren. Auch für die Umsetzung organischer Schadstoffe in Böden und Sedimenten spielen mikrobielle Prozesse eine entscheidende Rolle. Für eine nachhaltige Landnutzung ist es daher zentral, die im Boden vorhandene Abbaupotentiale für diese Schadstoffe zu erhalten und zu optimieren. Dies erfordert genaue Kenntnis der beteiligten Prozesse und der auf sie einwirkenden Faktoren sowie eine bessere Abschätzung der Gesundheits- und Umweltrisiken, welche z. B. mit der Bildung von nichtextrahierbaren Rückständen verbunden sind.
Unsere Arbeit konzentriert sich darauf, die für die Boden- und Sedimentfunktionen wichtigen mikrobiellen und zugehörigen abiotischen Prozesse unter Ökosystembedingungen zu analysieren. Unser Ansatz besteht darin, die Umsetzungen ausgewählter Substanzen mittels Isotopentracern zu verfolgen und diese Technik mit chemischen, mikrobiologischen und molekularbiologischen Methoden zu kombinieren. Die einzelnen Prozesse des Kohlenstoff und Stickstoffflusses können so mit der mikrobiellen Aktivität und der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft verknüpft werden. Diese Arbeiten erfolgen im Wesentlichen mit anthropogenen Chemikalien (Pestizide, Pharmazeutika, Antibiotika, Umweltschadstoffe generell), aber auch mit mikrobieller Biomasse und deren molekularen Bestandteilen. Neben den grundlagenwissenschaftlichen Arbeiten ist auch ein großer Teil der Aktivitäten der Nutzung und Anwendung im Sinne von Verfahren zur Reinigung von belasteten Umweltmedien und Ökosystemen wie auch dem Management von Umweltchemikalien gewidmet.